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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。课程设计说明书题 目: 基于 NE555 + CD 4017 流水彩灯的设计与实现 摘 要 当今的社会是一个新技术层出不穷的时代, 科技迅速发展, 在电子领域的发展更是迅速, 同时也在影响着我们的生活。随着人民生活水平的提高, 流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。例如: 在人流拥挤繁忙的交通路段, 闪烁着的流水交通灯, 提醒着我们要遵纪交通规则, 在霓虹闪烁的繁华大街上, 闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球, 甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯, 告诉人们的时间和日期。 流水灯的设计要求在预定的时间到来时, 会产生一个控
2、制信号控制LED灯的流向、 间歇等, LED灯流向能够随着电路的改变而改变, 并具有自控、 手控、 流向控制功能等。主要参考数字电路中计数器的原理。NE555振荡器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片( CD4017、 NE555) 的具体功能。关键词: 流水灯; NE555振荡器; CD4017; 电子线路目 录1 绪论11.1 背景11.2 设计课题的任务12 设计方案简述12.1 方案的原理12.2 方案的总体框图23 单元模块设计23.1 NE555时基电路23.1.1 NE555芯片33.2 译码电路43.2.1 CD4017芯片44 设计的总方案54.1 设计要点54.2
3、 方案总体电路图64.3 元件清单64.4 PCB图75 电路的调试75.1 电路板调试75.2 遇到的问题及其处理86 设计的总结8参考文献9附录101 绪论1.1 背景随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展, 彩灯已经成为各个大小节日、 各种宴会场合的必备娱乐用品, 它不但能够发出不同颜色的灯光来点缀场地, 还能够调动起现场人们的情绪, 使宴会的气氛上涨。另外还能够搭配任何摆设, 配以缤纷颜色、 围成各种形状, 来进行装饰。流水彩灯的工作原理与彩灯的大致相同它拆装方便, 易于收藏, 安全环保, 消耗低, 具有较大的开发潜力; 构造简单, 所用原理也较简单, 有较大的市场需求量, 若批量生产
4、, 可获较大利益, 具有很好的商业潜力。1.2 设计课题的任务 设计一个基于NE555+CD4017流水彩灯的控制电路, 要求电路开启后, 各种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后, 要求各种颜色的灯在脉冲作用下顺序, 循环点亮。改变脉冲频率时, 各种颜色的灯转换速度相应发生改变。 2 设计方案简述 2.1 方案的原理该十路流水灯控制器可控制10个灯轮流循环流水发光, 流水速度能够调节。NE555时基电路组成振荡电路, 电源VCC经过电阻R2、 RP1向电容C1充电, 当充电到一定程度后, 2、 6脚电压升高, 当2、 6脚电压升高到2/3VCC后, 3脚输出为低电平, 7脚
5、对地呈低阻态, 电容C1经过电位器和7脚对地放电, 当放电至使2、 6脚电压低于1/3VCC时, 3脚输出为高电平, 7脚对地呈高阻态, VCC经过RP1又开始对电容C1充电, 周而复始。经过调节RP1的阻值, 能够改变电容充放电的时间常数,从而改变3脚输出脉冲的频率。从3脚输出振荡脉冲作为CD4017工作的时钟脉冲, 在时钟脉冲的作用下, CD4017十进制计数器开始计数, 从10个输出端依次输出高电平, 不断循环。10只发光二极管被依次点亮。整个电路能够采用3-12V直流供电。2.2 方案的总体框图 图13 单元模块设计3.1 NE555时基电路NE555时基电路组成多谐振荡电路, 电源V
6、CC经过电阻R2、 RP1向电容C1充电, 当充电到一定程度后, 2、 6脚电压升高, 当2、 6脚电压升高到2/3VCC后, 3脚输出为低电平, 7脚对地呈低阻态, 电容C1经过电位器和7脚对地放电, 当放电至使2、 6脚电压低于1/3VCC时, 3脚输出为高电平, 7脚对地呈高阻态, VCC经过RP1又开始对电容C1充电, 周而复始。经过调节RP1的阻值, 能够改变电容充放电的时间常数从而改变3脚输出脉冲的频率。 图2 图3 3.1.1 NE555芯片 图4 图5 NE555 引脚功能简介:1脚: 公共地端为负极。2脚: 低触发端TRIG,低于1/3电源电压时即导通。3脚: 输出端OUT,
7、 电流可达200mA。4脚: 强制复位端RESET,不用时可与电源正极相连或悬空。5脚: 用来调节比较器的基准电路, 简称控制端CONT, 不用时可悬空, 或经过0.01uF电容器接地6脚: 高触发端THRES, 也称阈值端, 高于2/3电源电压时即截止。7脚: 发电端DISCH。8脚: 电源正极VDD。 应用十分广泛, 可装如下几种电路: 1.单稳类电路 作用: 定延时, 消抖动, 分频, 脉冲输出等; 2.双稳类电路 作用: 比较器, 锁存器, 反相器, 方波输出及整形等: 3.无稳类电路 作用: 方波输出, 电源变换, 音响报警, 玩具等。3.2 译码电路译码电路由一块CD4017芯片组
8、成。Q0Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。如从0开始计数, 则输入到第1个时钟脉冲时, Q1就变成高电平, 输入第2个时钟脉冲时, Q2变成高电平直到输入第10个时钟脉冲, Q0变为高电平。同时, 进位端C0就输出一个进位脉冲, 作为下一级计数的时钟信号。Cr为复位端, 也为清零端。当Cr输入高电平时, 电路复位, 即输出端Q0为高电平, Q1Q9为低电平。如此重复, 只要NE555芯片的3脚送来的二进制信号不消失, CD4017芯片将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会重复进行下去。 3. 2. 1 CD4017芯片CD4017 是5 位Johnson 计数器, 具
9、有10 个译码输出端, CP、 CR、 INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能, 对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时, 计数器在时钟上升沿计数; 反之, 计数功能无效。CR 为高电平时, 计数器清零。Johnson 计数器, 提供了快速操作、 2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通, 保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平, 只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位, 并用作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017的管脚排列和功能表分别如下图所示: 图6 图7 CD4017时序工作图: 图84 设计的总方案4.1
10、 设计要点因为循环彩灯对频率的要求不高, 只要能产生高低电平就能够了, 且脉冲信号的频率可调, 因此采用555定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数分频器4017它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成, 由译码输出实现对脉冲信号的分配, 整个输出时序就是O0O2.O9依次出现与时钟同步的高电平, 宽度等于时钟周期。显示电路主要由发光二极管组成, 当4017的输出依次输出高电平时, 驱动发光二极管也依次点亮, 产生一种流动变化的效果。 4.2 方案总体电路图 图94.3 元件清单 图10
11、 4.4 PCB图 图11 5 电路的调试5.1 电路板调试1) 检查电路设计的原理图即导线的链接, 并确定导线的链接与电路原理图一致。 2) 检查导线的链接, 并检查导线是否断路, 根据电路原理图, 用数字万用表打到合适的档位, 测试各导线对应的按点是否导通。 3) 检查试验仪器和器材是否完好, 电源5V直流电压输出正常。发光二极管全部能够正常发光, 电阻和电容全部正常, 电位器能够正常调节。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。当接通电源, 流水灯能够正常顺畅的流动。5.2 遇到的问题及其处理 1) 流水灯只有部分闪烁, 有一个灯不亮。检查电路板发现有虚焊, 将虚焊的地方焊接好检查之
12、后重新测试。 2) 流水灯没有正常流动, 调节滑动变阻器发现流水灯没有依次循环现象。经过观察发现时变阻器的阻值不够大, 后换了一个阻值较大的滑动变阻器。3) 只有一个灯光被点亮且不闪烁, 检查发现与NE555相连的电解电容反接, 调换引脚。6 设计的总结 经过本次课程设计的学习, 收获匪浅, 使我懂得了理论与实际相结合是很重要的, 只有理论知识是远远不够的, 只有把所学的理论知识与实践相结合起来, 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。首先, 经过学习使自己对课本上的知识能够应用于实际, 使的理论与实际相结合, 加深自己对课本知识的更好理解, 同时实习也段练了我个人的动手能力, 能够充分
13、利用图书馆去查阅资料, 增加了许多课本以外的知识。能对Altium designer软件的实际操作, 达到学以致用。再者, 经过对实现功能的要求, 对各元器件的引脚功能、 真值表的分析、 并设计其原理图, 还有画原理图的PCB图也是对实际动手能力的一大考验, 因为之前还没学到EDA这门课的实验知识, 因此只能自己去查阅资料和下载软件一步一步弄懂来, 在这过程中收获很大。 在设计的过程中遇到很多问题, 这毕竟第一次做的, 难免会遇到过各种各样的问题, 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处, 对以前所学过的知识理解得不够深刻, 掌握得不够牢固。这次的课程设计同时表明, 任何的实践活动, 都不可能闭门造车, 是必须去吸取前人的实践经验, 这就要求在课程设计的过程中, 从网络上, 从图书馆, 借寻相关资料书籍等, 有力地指导课程设计。经过这次课
